BioSensoLab - Biologická laboratoř na cesty

Mobilní laboratorní jednotka s integrovaným zdvihacím zařízením pro standardní nákladní vozidla. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Mobilní laboratorní jednotka s integrovaným zdvihacím zařízením pro standardní nákladní podvozek. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Dva modulární bezpečnostní pracovní stoly třídy II pro práci s BSL-2. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Two modular class II safety workbenches for BSL-2 work. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Laboratoř nabízí prostor pro až sedm plnohodnotných pracovních stanic. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / The laboratory offers space for up to seven fully functional work-stations. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro biomedicínskou techniku IBMT vyvinuli mobilní biologickou laboratoř „BioSensoLab“, s jejíž pomocí mohou předvádět nové technologie zákazníkům a společně je testovat – přímo na místě ve firmě. Tyto nové technologie se především týkají inteligentních senzorů, spojených s vyhodnocováním pomocí umělé inteligence.

„Nikdy neměnit funkční systém“ – to platí zejména pro podniky. Než začnou zavádět nové metody do své stávající výroby a riskovat tak zastavení provozu, musí být tyto postupy důkladně otestovány a vyzkoušeny. A nejlépe přímo na místě. Ovšem podmínky tomu nejsou vždy přizpůsobeny. Přidanou hodnotu má i místní dostupnost, pokud jde o umělou inteligenci, AI, ve spojení s citlivými daty. Nakonec je třeba AI nejprve natrénovat na odpovídajících datech, aby mohla později odhadnout naměřená data ze senzorů a na jejich základě rozhodovat. Data se často přes internet přesunují do cloudu. Přitom však firmy dávají přednost tomu, aby citlivá data zůstala v jejich vlastním prostředí. Obvykle je třeba data přes internet přesunout do cloudu, aby je bylo možné využívat odkudkoliv. Přitom však firmy dávají přednost tomu, aby citlivá data zůstala v jejich vlastním prostředí.

Mobilní pracovní platforma „BioSensoLab“

Výzkumníci z Fraunhofer IBMT zde vyvinuli řešení. „S naší mobilní pracovní platformou „BioSensoLab“ můžeme předvádět nové technologie, například z oblasti produkce kmenových buněk, přímo u zákazníka a společně je používat,“ vysvětluje Dr. Thomas Velten, vedoucí pracovní skupiny v Fraunhofer IBMT. „Citlivá data přitom nemusí opustit firmu – například laboratoř lze umístit přímo v továrně nebo na výrobní hale.“ Protože nabízí dostatek prostoru – délka 7,8 metru, šířka 2,5 metru a výška tři metry – je dostatečná pro biologické a jiné vyšetření, aniž by zabírala příliš místa. Laboratoř je koncipována jako S2-laboratoř, což znamená, že je vhodná pro biologické otázky. Bezpečnostní stupeň 2 zahrnuje práci s mikroorganismy, které mohou představovat potenciální nebezpečí pro personál i okolí. Příklady takových látek jsou salmonely, herpesové viry nebo chřipkové viry. S2-laboratoře obvykle disponují kontrolou přístupu a zařízeními pro omezení šíření infekčních plynů a kapalin.

Také je digitální infrastruktura „BioSensoLabů“ navržena tak, aby umožnila integraci do stávajících IT systémů a výrobních zařízení. Modulární vnitřní vybavení je flexibilní a lze jej přizpůsobit potřebám, je přemístitelné a snadno sestavitelné či rozebíratelné. Při přesunu na jiné místo lze laboratoř přepravit pomocí integrovaného zdvihacího zařízení a nákladního vozu.

Základem vývoje mobilního S2-laboratoře bylo spojení různých odborností: průmyslový partner z oblasti výroby speciálních vozidel přinesl know-how o stavbě přenosných jednotek, zatímco výzkumníci z Fraunhofer IBMT měli kompetence v oblasti biologických laboratoří. „Po mnoho let jsme si osvojili dovednosti v konstrukci mobilních laboratoří, takže jsme je mohli navrhnout a koordinovat jejich výrobu,“ říká Velten. „Víme tedy, jak má laboratoř například z hlediska techniky vzduchu v místnosti být vybavena, a také, jaké zařízení může do vozidla instalovat výrobce.“

Inteligentní senzory z Centra pro senzorovou inteligenci ZSI zlepšují kvalitu produktů

Při stavbě mobilního laboratoře měli výzkumníci z Fraunhofer IBMT již konkrétní aplikace na mysli: a to technologie, které právě vyvíjejí v novém Fraunhofer centru pro senzorovou inteligenci ZSI ve spolupráci s Fraunhoferovým ústavem pro nedestruktivní testování IZFP. Klíčovým prvkem je: inteligentní senzory sbírají stále více dat, která je třeba efektivně zpracovat – což je pro člověka téměř nemožné. Výhodu zde má umělá inteligence: analyzuje velké množství dat a na základě výsledků rozhoduje téměř v reálném čase. Rozhodnutí, která minimalizují opotřebení a odpad, a zlepšují kvalitu vyráběných produktů. „Naším cílem jsou zařízení s inteligentními senzory: inteligentní senzory, jejichž data jsou vyhodnocována umělou inteligencí a využívána pro cílenější rozhodování,“ říká Velten.

Příkladem takového inteligentního senzorského systému, který výzkumníci právě vyvíjejí, je oblast produkce kmenových buněk. „Nechceme jen kontrolovat parametry jako teplota a pH – a nakonec případně vyhodit celou várku – ale také senzoricky charakterizovat a sledovat samotné kmenové buňky. A to co nejvíce bez nutnosti je z bioreaktoru odebírat,“ prozrazuje Velten. Přesný způsob, jak toho dosáhnout, právě tým výzkumníků vyvíjí. Aby mohli do vývoje zapojit i průmyslové firmy a společně na místě pracovat, nabízí mobilní laboratoř ideální podmínky, stejně tak k demonstraci vývoje zájemcům. Dalším příkladem takových technologií jsou srdcové buňky, které již byly v laboratoři IBMT pěstovány a používány v testovacích systémech. V budoucnu chtějí vědci tyto buňky pěstovat jako 3D modely v mikrotitrační misce, kde bude například 96 malých cév vedle sebe. V těchto systémech budou probíhat paralelní a automatizované toxikologické testy: jak se změní srdeční tep při podání určitých látek, například účinných látek? Tyto a další technologie mohou být vyvíjeny, demonstrovány a využívány u průmyslových partnerů přímo v mobilní laboratoři.